安全C語言驗證器的形狀系統(tǒng)的擴展設計與實現(xiàn).pdf

1、隨著計算機技術的不斷發(fā)展，軟件已經(jīng)融入到人們的日常生活和工作生產(chǎn)中，而隨著軟件規(guī)模和復雜度的不斷攀升，軟件的質量依舊不盡如人意，由此造成的問題對于安全攸關的領域威脅極大。提高軟件的可信度是大勢所趨，其中基于演繹推理的形式化驗證方法就是主要研究方向之一。
　　本課題組設計并開發(fā)了安全C語言驗證器，它是一款基于演繹推理的C語言程序驗證工具，采用了霍爾邏輯和形狀圖邏輯。形狀系統(tǒng)是安全C語言驗證器對于形狀圖邏輯的實現(xiàn)，用于完成堆指針相關程

2、序語句的演算，并限制程序能夠使用的易變數(shù)據(jù)結構及其相關操作。本工作針對形狀系統(tǒng)中存在的不足，實施了一系列改進和擴展。
　　第一，擴展了形狀系統(tǒng)的演算操作。通過為節(jié)點定位演算擴展角標表達式相關的操作規(guī)則，把該演算擴展到適用于帶角標的指針訪問路徑的場合，解決原本指針訪問路徑抽象表述能力不足的問題。此外，本工作還通過函數(shù)調用窗口的概念，細化和實現(xiàn)了形狀圖邏輯中最復雜的函數(shù)調用規(guī)則，使得形狀系統(tǒng)能支持帶函數(shù)調用語句的驗證。
　　第二

3、，改進了形狀圖的構造方法。形狀圖構造方法用于從描述堆指針性質的符號斷言構造等價的形狀圖，以便形狀系統(tǒng)能夠根據(jù)構造得到的形狀圖對堆指針操作語句進行演算。本工作為該方法引入了內置形狀謂詞，用以簡化和復用部分斷言描述，并對不同類型的斷言施加明確的操作語義，使得形狀系統(tǒng)可以正確還原斷言描述的形狀圖，并發(fā)現(xiàn)斷言中的錯誤。此外，本工作還引入了自定義謂詞到內置形狀謂詞的推斷方法，以盡可能規(guī)避內置形狀謂詞引入后造成的冗余表述的問題。
　　第三，引

4、入了形狀檢查方法。形狀檢查方法用以檢查程序使用的易變數(shù)據(jù)結構是否符合安全C語言的相關限定。為表示檢查操作的不同嚴格程度，本工作為形狀檢查方法引入不同的形狀級別，并通過形狀分割、形狀分析和形狀推斷這三個階段分解由易變數(shù)據(jù)結構中不同指針域帶來的復雜性。另外，本工作還通過實現(xiàn)顯式形狀檢查和隱式形狀檢查，簡化形狀檢查方法的使用。
　　通過本文工作，擴展后的形狀系統(tǒng)可以處理表述能力更強、更為復雜的描述形狀圖的斷言，能夠支持含有函數(shù)調用的程序